USPTO Patents Application 09621565

Europaisches Patentamt
European Patent Office
Office europeen des brevets

© Numero de publication: 0 476 311 Al

© Numero de depot: 91113717.2
© Date de d§p6t: 16.08.91

DEMANDE DE BREVET EUROPEEN
© int.Ci.S: F24H 1/10

(g) Priorite: 28.08.90 FR 9010844

(J) Demandeur: De Stoutz, Jean

Chateau de Larrlnges

@ Date de publication de la dennande:

F-74500 Evlan-Les-Bains(FR)

25.03.92 Bulletin 92/13

@ Etats contractants designes:

© Inventeur: De Stoutz, Jean

Chateau de Larrlnges

DE ES FR GB IT

F-74500 Evlan-Les-Bains(FR)

© Mandataire: Micheli & Cie

Rue de Geneve 122, Case Postale 61

CH-1226 Geneve-Thonex(CH)

© Disposltif pour le chauffage de fluldes par effet joule.

© L'invention concerns un dispositif de chauffage
d'un fluide comportant un tuyau (1) dans lequel ce
fluide circule. Ce tuyau (1) comporte au moins une
portion rectiligne (la) electriquement conductrice tra-
verses par un courant electrique provoquant son
echauffement par effet Joule et par suite I'echauffe-
nnent du fluide. Ce dispositif connporte des brides

d'alimentation (4) se fixant de fagon reglable le long
de cette portion rectiligne (la) de maniere a pouvoir
faire varier. pour une puissance d'alimentation don-
nee, la puissance specifique dissipee par le tuyau
(1) en fonctton de la distance separant ces brides
d'alimentation (4). ^

to

CD

UJ

-1 r- -r-^^g 1— J

FIG. 1

Rank Xerox (UK) Business Services

1

EP 0 476 311 A1

2

La presente invention se rapporte au chauffage
de fluides par effet Joule et concerne plus parti-
culierement un dispositif pour le chauffage d'un
fluide circulant dans un tube chauffe par effet Jou-
le.

Dans ces dispositifs de chauffage, c'est un
courant electrique circulant dans le tube qui
rechauffe par effet Joule, et le tube chauffe le
fluide. generalement un liquide ou un fluide pateux
qui y circule, par conduction et/ou rayonnement.

Un tel dispositif comprend un ensemble de
tubes en un materiau thermiquement conducteur et
de resistivite electrique determinee. conformes en
helice, serpentin, ou comprenant des parties rectili-
gnes reliees par des coudes.

Pour obtenir un chauffage homogene du fluide,
il est desavantageux d'utiliser I'effet Joule dans la
portion coudee du tube, car a cat emplacement
son epalsseur n'est pas constante et les courants
electriques ne se repartissent pas uniformement
dans la section du tube provoquant un echauffe-
ment non homogene du tube et done du fluide qui
y circule.

Pour pallier a cet inconvenient, le document
FR-A1 -2632475 propose de court-circuiter les par-
ties incurvees du tube pour ne faire passer le
courant de chauffage que dans ses portions rectili-
gnes.

Tous ces dispositifs presentent toutefois I'in-
convenlent de necessiter des alimentations en cou-
rant electrique a regulation compliquee et agissant
sur une grande plage de valeurs de courant. puis-
que c'est ce seul parametre qui permet de regler la
quantite d'energie delivree au fluide.

La presente invention a pour objet un dispositif
de chauffage d'un fluide circulant dans une partie
rectiligne de tube permettant une regulation simple
de renergie delivree et surtout de modifier pour
une energie transferee donnee la densite d'energie
delivree par unite de surface du tube.

Ceci est particulierement necessaire pour le
chauffage de fluides ou liquides thermosensibles
tels que les liquides et pates alimentaires pour le
traitement desquels toute surchauffe locale peut
entraTner des degradations organoleptiques notam-
ment.

Le dispositif de chauffage d'un fluide compor-
tant au moins une portion rectiligne de tube electri-
quement conducteur a I'interieur de laquelle le
fluide circule et qui est traversee par un courant
electrique provoquant son echauffement par effet
Joule et par suite I'echauffement du fluide est
caracterise par le fait qu'il comporte des brides
d'amenee de courant sur cette portion rectiligne de
tuyau deplagables par rapport a celui-ci de manie-
re a faire varier. pour un courant donne. la densite
d'energie dissipee par le tuyau en fonction de la
distance separant ces brides.

Le dessin annexe illustre schematiquement et
a titre d'exemple une forme d'execution du disposi-
tif de chauffage selon I'invention.

La figure 1 illustre schematiquement et en cou-
5 pe un tuyau conducteur de I'electricite destine a
vehiculer un fluide muni de brides d'alimentation
alimentees en courant electrique par un transfor-
mateur basse tension et un regulateur.

Les figures 2 et 3 sont des vues d'une bride
w d'alimentation.

Les figures 4.5 et 6 illustrent une seconde
forme d'execution du dispositif de chauffage.

La figure 7 illustre la temperature du produit
circulant dans le dispositif selon les figures 4 a 6.
?6 La figure 8 illustre une variante du dispositif de

chauffage illustre aux figures 1 a 3.

La figure 9 illustre un turbulateur en coupe.
Dans I'exemple illustre schematiquement a titre
d'exemple, le dispositif de chauffage comporte un
20 tuyau 1 servant a la circulation du fluide devant
etre chauffe. Ce tuyau est destine a etre relie a
son extremite amont a une alimentation dudit fluide
et a son extremite aval a un circuit d'utilisation ou
de stockage de celui-ci.
25 Ce tuyau 1 presente au moins une portion

rectiligne la, trois dans I'exemple illustre. consti-
tuee d'un materiau conducteur de I'electricite et
presentant une resistivite determinee, aussi homo-
gene que possible.
30 Dans I'exemple illustre la totalite du tuyau 1 est

en un materiau conducteur de I'electricite, mais
selon une variante les coudes 2,3 pourraient etre
realises en un materiau isolant de I'electricite.
Ce dispositif de chauffage par effet Joule com-
35 porte encore, pour chaque partie rectiligne la du
tuyau 1, deux brides d'amenee de courant electri-
que 4. Chaque bride 4 est formee de deux demi-
coquilles 4a,4b enserrant le tuyau 1 et serrees
Tune centre I'autre et centre ledit tuyau 1 a I'aide
40 de vis ou de goujons et ecrous 5,6. Ces brides
d'alimentation 4 peuvent ainsi etre fixees sur le
tube en n'importe quel endroit de ses portions
rectilignes, ce qui permet de faire varier la distance
entre deux brides fixees sur une meme portion
45 rectiligne et done la resistance mesuree aux bor-
nes de ces deux brides.

Ceci permet pour un courant d'alimentation
donne, done une puissance d'alimentation donnee
de faire varier la puissance specifique, c'est-a-dire
50 la ^ puissance par centimetre carre de surface
d'echange entre le tuyau 1 et le fluide.

Ceci est tres important, car il est des lors
possible de modifier cette puissance specifique
sans modifier la puissance totale du dispositif et
55 done son courant d'alimentation. en fonction des
caracteristiques propres du liquide a traiter, et no-
tamment d'eviter ainsi toute surchauffe locale du
fluide.

EP 0 476 311 A1

Dans Texemple illustre, chacune des trois pai-
res de brides d'alimentation associees aux portions
rectilignes de tuyaux est branchee sur una phase
d'une alimentation triphas^e. De plus, ies bagues
adjacentes de deux paires voisines, situees de part
et d'autre d'un coude 2, sont reliees electrique-
ment.

L'alimentation electrique du dispositif de chauf-
fage se fait a partir du r^seau de distribution tripha-
se, par exemple par rintermediaire d'un transfor-
mateur basse tension 7 (39 Volts) et d'un interrup-
teur statique 8 a semi-conducteur tel que des
thyristors comnnandes 9.

La commande de Tinterrupteur a senni-conduc-
teur est realisee par un dispositif electronique com-
portant un regulateur 10 par exennple du type exis-
tant dans le comnnerce "Thernnel-phonix 96 No
11877" donl la sortie commande la conduction ou
I'arret du ou des thyristors par rintermediaire d'un
modulateur d'allumage provoquant le changement
d'etat du thyristor uniquement aux passages a zero
du courant alternatif d'alimentation pour eviter toute
surtension lors de la commutation.

Le regulateur 10 est pilote par le signal de
sortie d'un detecteur de temperature 11 plongeant
dans le courant du fluide en aval de la partie
chauffante du tuyau 1 .

L'alimentation du tuyau 1, et done sa produc-
tion de chaleur est commandee directement par la
temperature du fluide, de fagon tres precise a
quelques dixiemes de degre centigrade pres.

La puissance electrique delivree au tuyau 1 est
regime par tout ou hen et peut varier entre 0 et
100% suivant le temps de conduction des thyris-
tors. Cette maniere de faire permet d'obtenir une
grande precision de la regulation de la temperature
du fluide, d'eviter toute surchauffe de celui-ci et
d'avoir un temps de reponse tres bref.

Ce mode de regulation statique est decrit par
exemple dans le brevet CH-A-649.827. Blen enten-
du tout autre alimentation regulee par la temperatu-
re desiree du fluide transporte peut etre envisagee.

Dans I'exemple illustre, et pour eviter toute
surchauffe dans une phase de demarrage du dis-
positif de chauffage, le regulateur 10 est comman-
de egalement par une sonde 12 mesurant la tem-
perature de la paroi du tuyau 1 .

L'alimentation pourrait bien entendu etre mono-
phasee. La tension est generalement maintenue
en-dessous de 100 volts. Le tuyau est de preferen-
ce realist en acler inoxydable. Avec un tuyau d'un
diam^tre int^rieur de 18mm et ext^rleur de 20mm
et une alimentation de 32KW sott de 513 amperes
sur 36,4 volts, on obtient pour une distance de
6mm entre deux brides d'alimentation une puissan-
ce specif ique de 12,1 W/cm^.

On peut determiner la forme optimale de.la
section du tuyau 1 pour obtenir un echauffement

homogene du fluide transporteur; cette section
peut §tre ovoVde, ovale ou rectangulaire par exem-
ple.

La surface du tuyau 1 en contact avec le fluide
5 a chauffer peut comporter des fixations, aillettes,
spirales, etc. pour favoriser la conduction de cha-
leur et la turbulence de I'ecoulement toujours dans
le but d'amellorer la conduction et de reallser ainsi
un chauffage aussi homogene que possible du
10 fluide.

Pour pouvoir utiiiser de forts amperages, Ies
brides d'alimentation 4 peuvent etre munies de
plaque de repartition permettant d'augmenter leur
surface de contact avec le tuyau 1 .
75 Lorsque le tuyau 1 comporte plusieurs parties

rectilignes (la) chacune de celles-ci est munie
d'une paire de brides d'alimentation 4 branchees
en serie ou en parallele sur une alimentation elec-
trique.

20 On peut enfin prevoir de disposer le tuyau 1

dans un tube externe isolant ce qui permet de faire
circuler le fluide a chauffer des deux cotes de la
parol du tuyau 1 et de r^duire ainsi Ies pertes de
chaleur dissipee.

25 Les principaux avantages et caracteristiques

orlginaux du dispositif de chauffage selon I'inven-
tion sont :

- une mont^e en temperature quasi lin^aire
pour le produit.

30 - un chauffage haut flux pour les liquides, jus-
qu'a dix fois superieur aux echanges conven-
tionnels.

- une absence d'inertie thermique du systeme.

- un flux de chaleur constant dans le temps.
35 - un rendement energetique superieur a 95%.

- une maintenance tres redulte.

- le respect des qualites organoleptiques et
physico-chimiques des fluides trait^s, notam-
ment des fluides allmentaires.

40 - un encrassement bien inferieur aux echan-
geurs traditionnels.
Dans la seconde forme d'execution le dispositif
de chauffage illustre aux figures 4 a 7 comporte
pour chaque portion rectiligne de tuyau des sec-

45 tions de passage du fluide variable, obtenues par
deformation mecanique des tuyaux, par exemple
son ecrasement du tuyau.

Dans I'exemple illustre la portion rectiligne la
du tuyau comporte une section allant en dimlnuant

50 de ses extremites en direction de sa partie media-
ne. Aux extremites de la portion la les sections 15
du tuyau sont circulaires, tandis qu'au centre de
cette portion la la section est constitute pratique-
ment par une fente mince 16. Bien entendu, cette

55 diminution de section provoque d'une part I'aug-
mentatlon de la vitesse de circulation du fluide et la
diminution de la quality de fluide traitt par unite de
longueur du tuyau mais encore d'autre part, la

3

5

EP 0 476 311 A1

6

surface de chauffage restanl la meme, une aug-
mentation de la quantite de chaleur tranmise aux
fluides par unite de masse de celui-cl.

On peut ainsi obtenir une montee en tempera-
ture du produit non plus lineaire mais telle quNllus-
tree a la figure 7 (partie gauche de cette figure).

Dans cette execution le dispositif de chauffage
comporte une bride 4 a gauche au debut de la
portion rectiligne la et une seconde bride 4 au
centre de cette portion rectiligne. Dans la seconde
partie du tuyau. soit la partie aval du dispositif, le
tuyau est baigne dans un fluide de refroidissement
circulant dans une enceinte 17. De cette fagon on
obtient une descente de temperature du produit
telle qu'lllustree a la figure 7, partie droite.

Ainsi, en maintenant I'energie delivree a une
valeur constante et en modifiant la section du tuyau
1 jl est possible d'ajuster la courbe de montee-
descente de. temperature du produit comme desire;
on peut notamment faire subir au produit un choc
thermique de temperature elevee mais de duree
tres reduite.

II taut encore noter que la ou le produit subit
ce pic de temperature, sa temperature est tres
homogene, la section du tuyau etant faible et
Tecoulement etant rapide done non laminaire.

Les figures 8 et 9 illustrent une variante du
dispositif lllustre aux figures 1 a 3 dans laquelle un
turbulateur 20 est monte dans le tuyau 1 dans la
partie amont de chaque portion rectiligne la.

De cette fagon on realise, entre chaque zone
de chauffage situee entre deux brides 4 d'une
portion rectiligne 1a, une homogenisation de la
temperature du produit par un brassage de celui-ci.

Ces turbulateurs 20 peuvent etre statiques et
comportent des chicanes 21, par exemple en for-
me d'helice a I'interleur du tuyau formant un bras-
sage du produit. Toute sorte de chicanes ou ailet-
tes peuvent etre envisagees pour obtenir ce bras-
sage.

Revendications

1. Dispositif de chauffage d'un fluide comportant
un tuyau dans lequel ce fluide circule. ce
tuyau comportant au moins une portion rectili-
gne (la) electriquement conductrice traversee
par un courant electrique provoquant son
echauffement par effet Joule et par suite
I'echauffement du fluide, caracterise par le fait
qu'il comporte des brides d'alimentation (4) se
fixant de fagon r^glable le long de cette por-
tion rectiligne (la) de maniere a pouvoir faire
varier, pour une puissance d'alimentation don-
nee, la puissance specifique dissipee par le
tuyau en fonction de la distance separant ces
brides d'alimentation (4).

2. Dispositif selon la revendication 1, caracterise
par le fait que chaque bride d'alimentation (4)
comporte deux moities (4a,4b) enserrant le
tuyau et fixees I'une a I'autre et centre le tuyau

5 par des moyens de serrage (5).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou la reven-
dication 2, caracterise par le fait que chaque
bride d'alimentation (4) comporte une plaque

w de distribution augmentant sa surface de

contact avec la surface du tuyau.

4. Dispositif selon Tune des revendications prece-
dentes, caracterise par le fait que les brides (4)

75 adjacentes de deux paires voisines, situees de

part et d'autre d'un coude (2) du tuyau, sent
reliees electriquement I'une a Tautre.

5. Dispositif selon I'une des revendications prece-
de dentes, caracterise par le fait qu'il comporte

trois portions rectilignes (la) de tuyau, cha-
cune etant munie d'une paire de brides d'ali-
mentation (4) branchee sur Tune des phases
d'une alimentation triphasee (7,8,9).

25

6. Dispositif selon I'une des revendications 1 a 4,
caracterise par le fait qu'il comporte au moins
deux parties rectilignes (la) de tuyau. chacune
etant munie d'une paire de brides d'alimenta-

30 tion (4) branchee en serie ou en parallele sur

une alimentation electrique (7).

7. Dispositif selon I'une des revendications 5 ou
6, caracterise par le fait que I'alimentation

35 electrique (7) est une alimentation basse ten-

sion (inferieure h 100 volts).

8. Dispositif selon la revendication 7, caracterise
par le fait qu'il comporte une regulation par

40 tout ou rien de I'alimentation des brides (4)

commandee par un regulateur (10) pilote par
une sonde (11) detectant la temperature du
fluide.

45 9. Dispositif selon la revendication 8, caracterise
par le fait qu'il comporte une deuxieme sonde
(12) de temperature detectant la temperature
du tuyau et pilotant egalement le regulateur
(10).

50

10. Dispositif selon I'une des revendications prece-
dentes. caracterise par le fait qu'il comporte
une enceinte etanche autour du tuyau servant
egalement au transport du fluide.

55

11. Dispositif selon I'une des revendications prece-
dentes. caracteris§ par le fait que la section du
tuyau le long de sa ou ses portions rectilignes

EP 0 476 311 A1

(1a) est variable tandis que la surface interne
. de contact avec le produit reste constante.

12. Dispositif salon la revendication 11, caracterise

par le fait que chaque portion rectiligne (1a) 6
comporte une section circulaire a ses extremi-
tes et une section en forme de fente dans sa
partie mediane obtenue par un ecrasement
progressif de ses extr^mit^s en direction de sa
partie centrale. lo

13. Dispositif selon la revendication 12, caracterise
par le fait que chaque portion rectiligne com-
porte une bride (4) a une extremity et une
seconde bride (4) dans sa partie centrale de 75
sorte que seule une moitie de la partie rectili-
gne conduit un courant electrique de chauffa-

ge-

14. Dispositif selon la revendication 13, caracterise 20
par le fait que la seconde moitie de la partie
rectiligne (la), ne conduisant pas de courant
Electrique, est refroldie par un Echangeur de
chaleur.

25

15- Dispositif selon Tune des revendications prece-
dentes, caracterise par le fait qu'il comporte,
entre deux portions rectilignes (la), un turbula-
teur provoquant une homogenlsation de la
temperature du produit traite. 30

35

40

45

60

55

5

EP 0 476 311 A1

EP 0 476 311 A1

1

[Him V

FIG. A

FIG. 5

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16

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15

FIG. 6

15

FIG. 7

7

EP 0 476 311 A1

Office europeen
des brevets

RAPPORT DE RECHERCHE
EUROPEENNE

Numero de la demande

EP 91 11 3717

DOCUMENTS CONSIDERES COMME PERTINENTS

Categorle

Citation du document avec Indication, en cas de besoin,
des parties pertinentes

Revendication
concernee

CLASSEMENT DE LA
DEMANDE (int. Ci.S)

GB-A-609 391 (TILLS)

* le document en entier * *

GB-A-1 168 770 (TEXAS INSTRUMENTS)

* figures * *

DE-C-270 721 (DE KOK)
" figures * *

DE-A-2 355 987 (STIEBEL ELTRON GMBH & CO KG)

* revendication 1; figures * *

1.2.7

F24 H 1/10

1,2

DOMAiNES TECHNIQUES
RECHERCHES (int. Ci.5)

F24 H

Le present rapport de recherche a ete etabli pour toutes les revendlcatlons

Lieu de ia recherche

La Haye

Date d'achevement de ia recherche

20 novennbre 91

Examlnateur
VAN GESTEL H.M.

CATEGORIE DES DOCUMENTS CrfES
X : particullerement pertinent a lui seul
Y : particuiierement pertinent en combinaison avec un

autre document de la meme categorle
A : arrlere-plan technologique
O: divulgation non-ecrite
P : document intercalaire
T : theorie ou principe a la base de flnvention

E : document de brevet anterieur, mais publld a la

date de depot ou apres cette date
D: cit4 dans la demande
L : cite pour d'autres raisons

& : membre de la meme lamliie, document
correspondent

19

Europaisc
European
Office euf

Europaisches Patentamt
Patent Office
uropeen des brevets

@ Num6ro de publication : 0 476 311 B1

@

FASCICULE DE BREVET EUROPEEN

@ Date de publication du fascicule du brevet :
13.04.94 Bulletin 94/15

@ Int. ci.^ F24H1/10

@ Num6ro de d6p6t: 91113717.2

@ Date de d6p6t : 16.08.91

@ Dispositif pour le chauffage de fluides par effet joule.

@

Priority : 28.08.90 FR 9010844

©

Titulaire : De Stoutz, Jean
Chdteau de Larringes
F-74500 Evian-Les-Balns (FR)

@
@

Date de publication de la demande :
25.03.92 Bulletin 92/13

Mention de la d^livrance du brevet :
13.04.94 Bulletin 94/15

@

Inventeur : De Stoutz, Jean
Chdteau de Larringes
F-74500 Evian-Les-Balns (FR)

@

Etats contractants d^sign^s :
DE ES FR GB IT

@

Mandataire : MIcheli & Cie

Rue de Gendve 122, Case Postale 61

CH-1226 Gendve-Thonex (CH)

@

Documents cit^s :
DE-A- 2 355 987
DE-C- 270 721
GB-A- 609 391
GB-A- 1 168 770

ffi

CO

iO

^ II est rappel6 que : Dans un d6lai de neuf mois ^ compter de la date de publication de la mention de la

O d6livrance du brevet europ6en toute personne peut faire opposition au brevet europ6en d6livr6, aupr6s

£^ de rOffice europ6en des brevets. Lopposltion doit §tre fonm6e par 6crit et motiv6e. Elle n'esl r6put6e

yj fonn6e qu'aprfes paiement de la taxe d'opposition (Art. 99(1) Convention sur le brevet europ6en).

Jouve, 18, rue Saint-Denis, 75001 PARIS

EP 0 476 311 B1

Description

La pr6sente invention se rapporte au chauffage
de fluides par effet Joule et concerne plus particulie-
rement un dispositif pour le chauffage d'un fluide cir-
culant dans un tube chauff6 par effet Joule.

Dans ces dispositifs de chauffage, c'est un cou-
rant 6lectrique circulant dans le tube qui rechauffe
par effet Joule, et le tube chauffe le fluide, gen^rale-
ment un llquide ou un fluide pateux qui y circule, par
conduction et/ou rayon nement

Un tel dispositif comprend un ensemble de tubes
en un mat6riau thermiquement conducteur et de r6-
sistivit6 6lectrique d§termin6e, conform6s en h6lice,
serpentin, ou comprenant des parties rectillgnes re^
Ii6es par des coudes.

Pour obtenir un chauffage homog^ne du fluide, il
est d6savantageux d'utiliser I'effet Joule dans la por-
tion coud§e du tube, car d cet emplacement son
^paisseur n'est pas constante et les courants 6lectrl-
ques ne se r^partissent par uniquement dans la sec-
tion du tube provoquant un 6chauffement non homo-
g6ne du tube et done du fluide qui y circule.

Pour palier ^ cet inconvenient, le document FR-
A1-2632475 propose de court-circuiter les parties in-
curv6es du tube pour ne faire passer le courant de
chauffage que dans ses portions rectillgnes.

Tous ces dispositifs pr6sentent toutefois I'lncon-
v6nient de n^cessiter des alimentations en courant
6lectrique k regulation compliqu6e et agissant sur
une grande plage de valeurs de courant, puisque
c'est ce seul paramdtre qui permet de r§gler la quan-
tity d'6nergie d6livr6e au fluide.

On connaft encore par le brevet GB 609 391 un
appareil pour chauffer 6lectriquement un fluide. Cet
apparell pr6sente un tuyau rectiligne susceptible
d'etre chauffe par le passage d'un courant. Deux pri-
ses sont rigidement fixees pres des extremites du
tuyau et une prise mediane peut etre deplacee sur le
tuyau entre les deux prises exterieures. Par le depla-
cement de cette prise mediane, il est possible de faire
varier le gradient de temperature le long du tuyau. Cet
appareil sert done S eviter un echauffement trop
considerable de Textremite avale du tuyau, mais ne
permet pas de faire varier la puissance specifique
disslp6e par le tuyau pour une puissance d'alimenta-
tion don nee.

La pr6sente invention a pourobjet un dispositif de
chauffage d'un fluide circulant dans une partie recti-
ligne de tube permettant une regulation simple de
renergie deiivree et surtout de modifier pour une
energie transferee donnee la densite d'6nergie deii-
vree par unite de surface du tube.

Ceci est particulierement n6cessaire pour le
chauffage de fluides ou liquides t hermosensibles tels
que les liquides et p^tes alimentaires pour le traite-
ment desquels toute surchauffe locale peut entrainer
des degradations organoleptiques notammenL

Le dispositif de chauffage d'un fluide comprenant
un tuyau dans lequel ce fluide circule, ce tuyau
comportant au moins une portion rectiligne eiectri-
quement conductrice traversee par un courant eiectrl-
5 que provoquant son echauffement par effet Joule et
par suite rechauffement du fluide, des brides d'ali-
mentation en courant etant mont6s sur ladite portion
rectiligne, caracterise par le fait que ladite portion rec-
tiligne comprend deux brides d'alimentation montees
10 de fagjon que la distance separanl I'une des brides de
I'autre soit reglable de maniere e pouvoir faire varier.
pour une puissance d'alimentation donnee, la puis-
sance specifique dissipee par le tuyau en fonction de
la distance separant ces brides d'alimentation.
15 Le dessin annexe iilustre schematiquement et d

titre d'exemple une forme d'execution du dispositif de
chauffage selon Tinvention.

La figure 1 iilustre schematiquement et en coupe
un tuyau conducteur de I'etectricite destine ^ vehicu-
20 let un fluide muni de brides d'aiirneniaiioi i aiimeniees
en courant eiectrique par un transformateur basse
tension et un regulateur.

Les figures 2 et 3 sont des vues d'une bride d'ali-
mentation.

25 Les figures 4.5 et 6 illustrent une seconde forme

d'execution du dispositif de chauffage.

La figure 7 iilustre la temperature du produit cir-
culant dans le dispositif selon les figures 4^6.
La figure 8 iilustre une variante du dispositif de
30 chauffage iilustre aux figures 1^ 3.

La figure 9 iilustre un turbulateur en coupe.
Dans I'exemple iilustre schematiquement d titre
d'exemple, le dispositif de chauffage comporte un
tuyau 1 servant k la circulation du fluide devant etre
35 chauffe. Ce tuyau est destine ^ etre relie § son extre-
mite amont S une alimentation dudit fluide et ^ son ex-
tremite aval d un circuit d'utilisation ou de stockage de
celui-ci.

Ce tuyau 1 pr6sente au moins une portion recti-

40 ligne la, trois dans I'exemple iilustre, constituee d'un
materiau conducteur de I'eiectricite et presentant une
resistivite determinee, aussi homogene que possible.

Dans I'exemple iilustre la totalite du tuyau 1 est en
un materiau conducteur de I'eiectricite, mais selon

45 une variante les coudes 2.3 pourraient etre realises
en un materiau isolant de I'eiectricite.

Ce dispositif de chauffage par effet Joule
comporte encore, pour chaque partie rectiligne 1a du
tuyau 1, deux brides d'amenee de courant eiectrique

50 4. Chaque bride 4 est formee de deux demi-coquilles
4a,4b enserrantle tuyau 1 etserrees I'une centre I'au-
tre et centre led it tuyau 1 d I'aide de vis ou de goujons
et ecrous 5,6. Ces brides d'alimentation 4 peuvent
ainsi etre fixees sur le tube en n'importe quel endroit

55 de ses portions rectillgnes, ce qui permet de faire va-
rier la distance entre deux brides f ix6es sur une meme
portion rectiligne et done la resistance mesuree aux
bornes de ces deux brides.

2

3

EPO

476 311 B1

4

Ceci permet pour un courant d'alimentation don-
n6, done une puissance d'alimentation donn6e de fai-
re varier la puissance sp6cif ique, c'est-^i-dire la puis-
sance par centimetre carr6 de surface d'6change en-
tre le tuyau 1 et ie f luide.

Ceci est tr^s important, car II est d^s lors possible
de modifier cette puissance specif ique sans modifier
la puissance totale du dispositif et done son courant
d'alimentation, en fonction des caract6ristlques pro-
pres du liquide k traiter, et notamment d'^viter ainsi
toute surchauffe locate du fluide.

Dans Texemple illustr^, chacune des trois paires
de brides d'alimentation associ^es aux portions rec-
tilignes de tuyaux est branch6e sur une phase d'une
alimentation triphas^e. De plus, les bagues adjacen-
tes de deux paires voisines, situ^es de part et d'autre
d'un coude 2, sont relives ^lectriquement.

L'alimentation 6lectrique du dispositif de chauffa-
ge se fait ^ partir du r^seau de distribution triphas^,
par exemple par I'interm^diaire d'un transformateur
basse tension 7 (39 Volts) et d'un interrupteur stati-
que 8 d semi-conducteur tel que des thyristors
command6s 9.

La commande de I'interrupteur k semi-
conducteur est r6alis6e par un dispositif ^lectronique
comportant un r^gulateur 10 par exemple du type
existant dans le commerce "Thermel-phonix 96 No
11877" dont la sortie commande la conduction ou
I'arr^t du ou des thyristors par Tinterm^diaire d'un
modulateur d'allumage provoquant le changement
d'etat du thyristor uniquement aux passages d z6ro
du courant alternatif d'alimentation pour 6viter toute
surtension lors de la commutation.

Le r^gulateur 10 est pilots par le signal de sortie
d'un d^tecteur de temperature 11 plongeant dans le
courant du fluide en aval de la partie chauffante du
tuyau 1.

L'alimentation du tuyau 1, et done sa production
de chaleur est command^e directement par la tempe-
rature du fluide, de fa^on tr^s precise e quelques
dixiemes de degre centigrade pres.

La puissance eiectrique deiivree au tuyau 1 est
r6gl6e par tout ou rien et peut varier entre 0 et 100%
suivant le temps de conduction des thyristors. Cette
maniere de faire permet d'obtenir une grande preci-
sion de la regulation de la temperature du fluide, d'evi-
ter toute surchauffe de celui-ci et d'avoir un temps de
reponse tres bref.

Ce mode de regulation statique est decrit par
exemple dans le brevet CH-A-649.827. Bien entendu
tout autre alimentation reguiee par la temperature de-
siree du fluide transporte peut etre envisagee.

Dans I'exemple illustre, et pour eviter toute sur-
chauffe dans une phase de demarrage du dispositif
de chauffage, le regulateur 10 est commande egale-
ment par une sonde 12 mesurant la temperature de
la parol du tuyau 1.

L'alimentation pourrail bien entendu §tre mono-

phas6e. La tension est g6neralement maintenue en-
dessous de 1 00 volts. Le tuyau est de preference rea-
lise en acier inoxydable. Avec un tuyau d'un diametre
5 interieur de 18mm et exteheur de 20mm et une ali-
mentation de 32KW soit de 513 amperes sur 36,4
volts, on obtlent pour une distance de 6mm entre deux
brides d'alimentation une puissance specifique de
12,1 W/cm2.

10 On peut determiner la forme optimale de la sec-

tion du tuyau 1 pour obtenir un echauffement homo-
gene du fluide transporteur, cette section peut etre
ovoTde, ovale ou rectangulaire par exemple.

La surface du tuyau 1 en contact avec le fluide d

15 chauffer peut comporter des fixations, aillettes, spira-
les, etc. pour favoriser la conduction de chaleur et la
turbulence de recoulement toujours dans le but
d'ameiiorer la conduction et de realiser ainsi un
chauffage aussi homogene que. possible du fluide.

20 Pour pouvoir utiliser de forts amperages, les bri-

des d'alimentation 4 peuvent etre munies de plaque
de repartition permettant d'augmenter leur surface
de contact avec le tuyau 1.

Lorsque le tuyau 1 comporte plusieurs parties

25 rectilignes (la) chacune de celles-ci est munie d'une
paire de brides d'alimentation 4 branchees en serie
ou en paralieie sur une alimentation eiectrique.

On peut enfin prevoir de disposer le tuyau 1 dans
un tube externe isolant ce qui permet de faire eireuler

30 le fluide k chauffer des deux cotes de la parol du
tuyau 1 et de reduire ainsi les pertes de chaleur dis-
sipee.

Les principaux avantages et caracteristiques ori-
ginaux du dispositif de chauffage selon invention
35 sont :

- une montee en temperature quasi lineaire pour
te produit.

- un chauffage haut flux pour les liquides, jus-
qu'^ dix fois superieur aux echanges conven-

40 tlonnels.

- une absence d'Inertie thermique du systeme.

- un flux de chaleur constant dans le temps.

- un rendement energetique superieur ^ 95%.

- une maintenance irhs r6duite.

45 ' le respect des qualitesorganol eptiquesetphy-

sico-chimiques des f luides traites, notamment
des fluides alimentaires.

- un encrassement bien inferieur aux echan-
geurs traditionnels.

50 Dans la seconde forme d'exeeution le dispositif

de chauffage illustre aux f igures 4^7 comporte pour
chaque portion rectiligne de tuyau des sections de
passage du fluide variable, obtenues par deformation
mecanlque des tuyaux, par exemple son ecrasement

55 du tuyau.

Dans I'exemple illustre ta portion rectiligne 1a du
tuyau comporte une section allant en diminuant de
ses extremites en direction de sa partie mediane. Aux
extremites de ta portion la les sections 15 du tuyau

3

6

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6

sont circulaires, tandis qu'au centre de cette portion
1a la section est constituee pratlquement parunefen-
te mince 1 6. Bien entendu, cette diminution de section
provoque d*une part I'augmentation de la vitesse de 5
circulation du fluide et la diminution de la qualite de
fluide tralte par unlt6 de longueur du tuyau mais en-
core d'autre part, la surface de chauffage restant la
meme, une augmentation de la quantity de chaleur
tranmise aux fluides par unit6 de masse de celui-ci. io

On peut ainsi obtenir une montee en temperature
du produit non plus Iin6aire mais telle qu'illustree a la
figure 7 (partie gauche de cette figure).

Dans cette execution le dispositif de chauffage
comporte une bride 4 ^ gauche au d^but de la portion 15
rectiligne la et une seconde bride 4 au centre de cette
portion rectiligne. Dans la seconde partie du tuyau.
soit la partie aval du dispositif, le tuyau est baign6
dans un fluide de refroidissement circulant dans une
enceinte 17. De cette fafon on obtient une descente 20
de temperature du produit telle quMllustree a la figure
7, partie drolte.

Ainsi, en maintenant I'^nergie d6livr6e k une va-
leur constante et en modif lant la section du tuyau 1 il
est possible d'ajuster la courbe de mont^e-descente 25
de temperature du produit comme d6sir6; on peut no-
tamment faire subir au produit un choc thermique de
temperature 6lev6e mais de dur6e tr^s r6duite.

II faut encore noter que 1^ ou le produit subit ce
pic de temperature, sa temperature est tr^s homoge- 30
ne, la section du tuyau etant faible et I'ecoulement
etant rapide done non laminaire.

Les figures 8 et 9 illustrent une variante du dispo-
sitif illustre aux figures 1 S 3 dans laquelle un turbu-
lateur 20 est monte dans le tuyau 1 dans la partie 35
amont de chaque portion rectiligne la.

De cette fapon on realise, entre chaque zone de
chauffage situee entre deux brides 4 d'une portion
rectiligne 1a, une homogenisation de la temperature
du produit par un brassage de celul-cL 40

Ces turbulateurs 20 peuvent etre statiques et
comportent des chicanes 21 , par exemple en forme
d'heiice d rinterieur du tuyau formant un brassage du
produit. Toute sorte de chicanes ou ailettes peuvent
etre envisagees pour obtenir ce brassage. 45

Revendications

1. Dispositif de chauffage d'un fluide comprenant 50
un tuyau dans lequel ce fluide circule, ce tuyau
comportant au moins une portion rectiligne (la)
eiectriquement conductrice traversee par un cou-
rant eiectrique provoquant son echauffement par
effet Joule et par suite I'echauffement du fluide, 55
des brides d'alimentatlon (4) en courant etant
montees sur ladite portion rectiligne (la), carac-
terlse par le fait que ladite portion rectiligne (1a)
comprend deux brides d*al (mentation (4) mon-

tees de faf on que la distance separant Tune des
brides (4) de I'autre soit reglable de maniere ^
pouvoir faire varier, pour une puissance d'alimen-
tatlon donnee, la puissance sp6cifique dissipee
par le tuyau en fonction de la distance separant
ces brides d'alimentatlon (4).

2. Dispositif selon la revendication 1, caracterise
par le fait que chaque bride d'alimentatlon (4)
comporte deux moities (4a,4b) enserrant le tuyau
et f ixees I'une e I'autre et centre le tuyau par des
moyens de serrage (5).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendi-
cation 2, caracterise par le fait que chaque bride
d'alimentatlon (4) comporte une plaque de distri-
bution augmentant sa surface de contact avec la
surface du tuyau.

4. Dispositif selon Vune des revendications prece-
dentes, caracterise par le fait que les brides (4)
adjacentes de deux paires volsines, situees de
part et d'autre d'un coude (2) du tuyau, sont re-
liees eiectriquement I'une d I'autre.

6, Dispositif selon Tune des revendications prece-
dentes, caracterise par le fait qu'il comporte trois
portions rectilignes (la) de tuyau, chacune etant
munie d'une paire de brides d'alimentatlon (4)
branchee sur Tune des phases d'une alimenta-
tion triphasee (7,8,9).

6. Dispositifselon I'une des revendications 1 ^4, ca-
racterise par le fait qu'il comporte au moins deux
parties rectilignes (la) de tuyau, chacune etant
munie d'une paire de brides d'alimentatlon (4)
branchee en serie ou en paralieie sur une alimen-
tation eiectrique (7).

7. Dispositif selon I'une des revendications 5 ou 6,
caracterise par le fait que I'alimentatlon eiectrique
(7) est une alimentation basse tension (inferieure
^ 100 volts).

a, Dispositif selon la revendication 7, caracterise
par le fait qu'il comporte une regulation par tout
ou rien de I'alimentation des brides (4) comman-
dee par un regulateur (10) pilote par une sonde

(11) detectant la temperature du fluide.

9. Dispositif selon la revendication 8, caracterise
par le fait qu'il comporte une deuxifeme sonde

(12) de temperature detectant la temperature du
tuyau et pilotant egalement le regulateur (10).

10. Dispositif selon I'une des revendications prece-
dentes, caracterise par le fait qu'il comporte une
enceinte etanche autour du tuyau servant egale-

7

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8

ment au transport du fluide.

11. Dispositif selon Tune des revendications pr6c6-
dentes, caract^ris^ par le fait que la section du 5
tuyau le long de sa ou ses portions rectilignes
(la) est variable tandis que la surface Interne de
contact avec le produit reste constante.

12. Dispositif selon ta revendication 11, caract^ris^ io
par le fait que chaque portion rectiligne (1a)
comporte une section circulaire a ses extr6mit6s

et une section en forme de fente dans sa par tie
m^dlane obtenue par un ^crasement progressif
de ses extr^mit^s en direction de sa partie cen- is
trale.

13. Dispositif selon la revendication 12, caract^rls^
par le fait que chaque portion rectiligne comporte

une bride (4) d une extr6mit6 et une seconde bri- 20
de (4) dans sa partie centrale de sorte que seule
une molti^ de la partie rectiligne conduit un cou-
rant ^lectrlque de chauffage.

14. Dispositif selon la revendication 13, caract6ris6 25
par le fait que la seconde moltl^ de la partie rec-
tiligne (1a), ne conduisant pas de courant ^lectri-
que, est refroidle par un ^changeur de chaleur.

15. Dispositif selon Tune des revendications pr6c6- 30
dentes, caract^rls^ par le fait quMI comporte, en-

tre deux portions rectilignes (la), un turbulateur
provoquant une homog^nlsatlon de la temperatu-
re du produit traits.

Patentanspriiche

1. Helzvorrichtung fur ein Fluidum, bestehend aus
einem Rohr, das von diesem Fluidum durchflos- 40

. sen wird. wobei dieses Rohr mindestens einen
elektrisch teitenden, geraden Abschnitt (la) auf-
welst, durch den ein elektrlscher Strom fliesst,
der seine Erwarmung durch Joulesche Warme
und in der Folge die Erwarmung des Fluidums 45
bewlrkt, und aus Stromzufuhrungsflanschen (4),
die auf dem benannten geraden Rohrabschnitt
(la) angebracht sind, wobei die Vorrichtung da-
durch gekennzeichnet ist, dass der benannte ge-
rade Abschnitt (la) zwel Stromzufiihrungsflan- so
sche (4) aufwelst, die so angebracht sind, dass
die Entfernung eines der belden Flansche (4)
vom anderen Flansch so einstellbar ist, dass bei
gegebener EIngangsleistung die vom Rohr abge-
gebene spezif ische Leistung In Abhangigkeit von 55
der Entfernung zwischen diesen Zufuhrungs-
flanschen (4) verandert werden kann.

2. Vorrichtung gemass Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, dass jeder Stromzufiihrungs-
flansch (4) aus zwel Half ten (4a, 4b) besteht, die
das Rohr umschliessen und durch Befestigungs-
organe (5) aneinander und am Rohr festgezogen
werden.

3. Vorrichtung gemass Anspruch 1 Oder Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet. dass jeder Stromzu-
fiihrungsf lansch (4) eine Verteilerplatte aufwelst,
die seine Beruhrungsf lache mit der Rohroberfla-
che vergrossert.

4. Vorrichtung gemass einem der vorangehenden
Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die
beiden Flansche (4) benachbarter Flanschpaare,
die sich zu belden Seiten eInes Rohrknies (2) be-
f inden, elektrisch miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung gemass einem der vorangehenden
Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass sle
drei gerade Rohrabschnitte (1a) aufweist. deren
jeder mit elnenr) Paar von Stromanschlussflan-
schen (4) versehen Ist, das an eIne der Phasen
einerdreiphasigen Stromversorgung (7, 8, 9) an-
geschlossen Ist.

6. Vorrichtung gemass einem der Anspruche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenlgstens
zwel gerade Rohrabschnitte (1a) aufweist, deren
jeder mit einem Paar von Stromanschlussflan-
schen (4) versehen ist, die In Reihe oder in par-
allel an eine Strom versorgung (7) angeschlossen
sind.

7. Vorrichtung gemass einem der Anspruche 5 Oder
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromver-
sorgung (7) eine Nlederspannungsquejle (unter
100 V) Ist.

8. Vorrichtung gemass Anspruch 7, dadurch
gekennzelchet, dass sle eine EIn-Aus-Regelung
fur die Stromzufuhrungsflansche (4) aufweist,
die durch einen Regler (10) gesteuert wird, der
wiederum durch einen Fuhler (11) fur die Tempe-
ratur des Fluidums gesteuert wird.

9. Vorrichtung gemass Anspruch (8), dadurch ge-
kennzeichnet, dass sie einen zweiten Tempera-
turfuhler (12) aufweist, der die Rohrtemperatur
erfasst und gleichfalls den Regler (10) steuert.

10. Vorrichtung gemass einem der vorangehenden
Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass sie
um das Rohr herum eine dichte Kammer auf-
weist, die ebenfalls dem Transport von Fluidum
dient.

11. Vorrichtung gemass einem der vorangehenden

9

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10

Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Querschnitt des Rohres entlang seines oder sei-
ner geraden Abschnitte (la) veranderlich ist,
wahrend die Innenwandflache In Beruhrung mit s
dem Gut konstant blelbt.

12. Vorrlchtung gemass Anspruch 11, dadurch ge-
kennzeichnet, dass jeder gerade Rohrabschnitt
(la) einen kreisformigen Querschnitt an seinen io
Enden und einen schlilzformigen Querschnitt in
seinem Mittelteil aufweist, was durch ein von den
Enden in RIchtung auf die Mitte zunehmendes
Zusammendrucken des Abschnitts erreicht wird.

13. Vorrichtung gemass Anspruch 12, dadurch ge-
kennzeichnet. dass jeder gerade Rohrabschnitt
einen Flansch (4) an einem Ende und einen zwei-
ten Flansch (4) in seinem Mittelteil aufweist, so
dass nur eine Halfte des geraden Abschnitts ei-
nen elektrischen Helzstrom fuhrt

15

20 6.

14. Vorrichtung gemass Anspruch 13. dadurch ge-
kennzeichnet, dass die andere Halfte des gera-
den Abschnitts (la), die kelnen elektrischen 25
Strom fuhrt, durch einen Warmetauscher gekuhit
wird.

15. Vorrichtung gemass elnem der vorangehenden

Anspruche, dadurch gekennzeichnet. dass sle 3o 8.
zwischen zwei geraden Abschnitten (la) einen
Turbulenzerzeuger aufweist, der einen Tempera-
turausgleich im behandelten Gut hervorruft.

A device according to claim 1 or claim 2, charac-
terized in that each power supply ring (4) Includes
a distribution plate increasing Its contact surface
with the surface of the conduit.

A device according to any one of the preceding
claims, characterized In that the adjoining rings
(4) of two contiguous pairs located on the two
sides of one'bend (2) of the conduit be connected
electrically together,

A device according to any one of the preceding
claims, characterized in that it includes three
straight conduit portions (la), each one being
provided with a pair of power supply rings (4) con-
nected to one of the phases of the three-phase
power supply (7, 8, 9).

A device according to one of claims 1 to 4, char-
acterized in that it includes at least two straight
conduit portions (1a), each one being provided
with a pair of power supply rings (4) series or par-
allel connected to an electric power supply (7).

7. A device according to one of claims 5 or 6, char-
acterized in that the electric power supply (7) is
a low voltage power supply (beneath 100 volts).

35

Claims

1. A heating device for a fluid including a conduit in
which this fluid flows, this conduit having at least
one straight portion (la) electrically conductive, 40
through which travels an electric current causing
Its heating by Joule effect and consequently the
heating of the fluid, and power supply rings (4)
being mounted on said straight portion (1a), char-
acterized In that said straight portion (la) in- 45
dudes two power supply rings (4) mounted in
such a manner that the distance between one of
the rings (4) and the other one be adjustable, so
that for a given supply power, the specific power
dissipated from the conduit may be varied by so
changing the distance separating these supply
rings (4).

2. A device according to claim 1, characterized in
t hat each power supply (4) comprises two halves 55
(4a, 4b) surrounding the conduit and fastened to-
gether and against the conduit by clamping
means (5)

9.

A device according to claim 7, characterized In
that it includes an all or nothing power supply
control of the rings (4) controlled by a controller
(.10) actuated by a sensor (11) measuring the
temperature of the fluid.

A device according to claim 8, characterized in
that it has a second temperature sensor (12)
measuring the temperature of the conduit and
also actuating the regulator (10).

10. A device according to any one of the preceding
claims, characterized in that it includes a fluid-
tight enclosure around the conduit, also designed
for conveying fluid.

11.

A device according to any one of the preceding
claims, characterized In that the cross-section of
the conduit along its straight portion or portions
changes (la), while the Internal contact surface
with the product remains constant.

12, A device according to claim 11, characterized In
that each straight portion (la) has a circular
cross-section at Its ends and a slot-shaped sec-
tion in its median part obtained by flattening pro-
gressively the conduit from the ends towards the
central part.

13. A device according to claim 12, characterized in

11 EP 0 476 311 B1 12

that each straight portion includes a ring (4) at
one end thereof and a second ring (4) in its cen-
tral part, so that electric heating current flows
only through one half of the straight portion. 5

14. A device according to claim 13, characterized in
that the second half of the straight portion (la)
through which no electric current travels is cooled

by a heat exchanger. io

15. A device according to any one of the preceding
claims, characterized in that it is provided be-
tween two straight portions ( 1 a) wit h a means for
generating turbulence in order to even out the 75
temperature throughout the product treated.

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